(57)【要約】【課題】穴の内面の仕上げ加工において、加工工具が新品と交換されるか修正された時に、迅速に切込み量の初期調整を完了して加工の効率を高める。【解決手段】研削盤における砥石車のような加工工具が更新されると、加工抵抗が変化して加工工具やその軸の撓み量が変化するので、加工後の計測値が目標値から外れた状態が長く続く恐れがある。本発明の切込み量の初期調整方法においては、工具が更新された後に第１回目の加工後の計測値と目標値との差を算出し、その差値を、第１回目の加工において加工工具が撓んだ結果であるとして、第２回目の加工における切込み量に加算することにより、加工後の計測値を迅速に目標値に近づけることができる。【選択図】      図５
2005007551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、加工前に被加工物の穴の内径を計測する第１回目の計測工程と、計測された被加工物の穴の内径が目標寸法に合致するように穴の内面を加工する加工工程と、加工後に被加工物の穴の内径を計測する第２回目の計測工程とを順次に実行する穴加工方法において、
加工工程において使用する加工工具が更新された時に、
１個目の被加工物の加工前にその穴の内径を計測する第１回目の計測工程と、
目標寸法及び第１回目の計測値に基づいて加工工具の切込み量を算出すると共に、その切込み量に応じて加工工具を位置決めして、１個目の被加工物に対する加工を実行する加工工程と、
加工された１個目の被加工物について、その穴の内径を計測する第２回目の計測工程と、
２個目の被加工物の加工前にその穴の内径を計測する第１回目の計測工程と、
目標寸法及び第１回目の計測値に基づいて加工工具の切込み量を算出すると共に、目標寸法と１個目の被加工物の第２回目の計測値との差の値を算出して、この差の値を先に算出された切込み量に加算することによって切込み量を修正し、修正された切込み量に応じて加工工具を位置決めして、２個目の被加工物に対する加工を実行する加工工程と、
加工された２個目の被加工物について、その穴の内径を計測する第２回目の計測工程と、
２個目の被加工物の場合と同様に、３個目以降の被加工物についても第１回目の計測工程と、加工工程と、第２回目の計測工程を順次に実行する間に、第２回目の計測値が目標寸法から見て許容の範囲内にあることが、連続して所定の個数の被加工物において確認された時に、その時の切込み量を維持するように加工工具を位置決めして、以後の被加工物の加工を続行することを特徴とする切込み量の初期調整方法。
【請求項２】
請求項１において、目標寸法をＡ、目標寸法Ａに到達するために必要となる削れ量をＧ、先行の被加工物において加工後に計測された穴の内径をＢ、値Ａと値Ｂの差をＤ、蓄積された加工データから算出される加工工具の単位荷重当たりの撓み量、即ち撓み率をａ、同じく加工工具の切れ味を示す単位時間当たりの削れ量に応じて決まる補正値をｂ、自動制御によって切込み量が決定される場合に手動によって加える切込み量の補正値をｃとした時に、２個目以降の被加工物に対する加工における加工工具の切込み量Ｈを次の数式によって算出して、加工工具を位置決めすることを特徴とする切込み量の初期調整方法。
Ｈ＝ａ×（Ｇ−ｃ）＋（ｂ＋Ｄ）
【請求項３】
請求項１又は２において、加工工具がそれ自体の中心軸線の回りに回転する砥石車であると共に、被加工物もまたそれ自体の中心軸線の回りに回転するように支持されていることを特徴とする切込み量の初期調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工工具、例えば、研削加工用の砥石車を新品と交換するとか、それらにドレッシング（目立て）やツルーイング（整形）等を加えることによって外径等が変化した場合に、その加工工具を使用する加工方法或いは加工装置において初期状態を調整するための切込み量の初期調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、穴の内面を回転する砥石車によって研磨して仕上げる従来のインターナル研削加工方法においては、一般に加工前の穴の寸法を計測し、目標とする加工後の穴の寸法に対して必要な取代を計算すると共に、研削抵抗による砥石車の撓みを考慮して切込み量を計算し、算出された切込み量だけ砥石車を被加工物に向かって送り込むことができるように、砥石車を位置決めしてから研削加工を実行する。そして、加工後に穴の寸法を再び計測し、計測された加工後の穴の寸法と、目標とする穴の寸法との間に差があれば、その分だけ再び被加工物に砥石車を切り込んで、加工後に計測される寸法を目標寸法に近づけて行くというのが通常行われる加工の手順である。
【０００３】
砥石車の直径が大きくてその軸も太いために研削抵抗によるそれらの撓みが小さい場合には、従来の加工方法によって精度良く研削加工を行うことができる。しかし、被加工物の穴径が小さくて、それに応じて砥石車の直径が小さい場合には、研削抵抗によって砥石車やその軸の撓み量が大きくなるので、摩耗した砥石車を新品と交換した時とか、砥石車にドレッシング或いはツルーイング等の修正を加えた時には、砥石車に作用する研削抵抗が大きく変化するために砥石車やその軸の撓み量が変化する結果、穴径の加工精度が悪くなるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における前述の問題に鑑み、研削加工に使用する砥石車を交換した時や、ドレッシング或いはツルーイング等の修正を行った時、即ち、砥石車の「更新」を行なった場合に生じる研削抵抗の変化のような、一般的に加工工具に作用する加工抵抗の変化が生じる場合に、加工抵抗の変化に対応して切込み量を調整するという、切込み量の初期調整のための新規な方法を提供することによって、前述の従来技術における問題を解消することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載された切込み量の初期調整方法を提供するものである。
【０００６】
本発明の切込み量の初期調整方法によれば、穴の内面を加工する少なくとも１回の加工工程と、加工の前後に被加工物の穴の内径を計測する２回の計測工程とを実行する穴加工方法において加工工具が更新された時に、１個目の被加工物の加工前にその穴の内径を計測する第１回目の計測工程と、目標寸法及び第１回目の計測値に基づいて加工工具の切込み量を算出すると共に、その切込み量に応じて加工工具を位置決めして、１個目の被加工物に対する加工を実行する加工工程と、加工された１個目の被加工物について、その穴の内径を計測する第２回目の計測工程と、２個目の被加工物の加工前にその穴の内径を計測する第１回目の計測工程と、目標寸法及び第１回目の計測値に基づいて加工工具の切込み量を算出すると共に、目標寸法と１個目の被加工物の第２回目の計測値との差の値を算出して、この差の値を先に算出された切込み量に加算することによって切込み量を修正し、修正された切込み量に応じて加工工具を位置決めして、２個目の被加工物に対する加工を実行する加工工程と、加工された２個目の被加工物について、その穴の内径を計測する第２回目の計測工程と、２個目の被加工物の場合と同様に、３個目以降の被加工物についても第１回目の計測工程と、加工工程と、第２回目の計測工程を順次に実行する間に、第２回目の計測値が目標寸法から見て許容の範囲内にあることが、連続して所定の個数の被加工物において確認された時に、その時の切込み量を維持するように加工工具を位置決めして、以後の被加工物の加工を続行することになる。
【０００７】
このように、前回の加工結果としての寸法を計測し、加工工具に作用する加工抵抗の変化を反映するその計測値と、目標値との差を直ちに算出して、その差の値を自動的に次の被加工物の加工における切込み量に加算するので、加工後の計測値が迅速に目標値に近づく。加工後の計測値が目標値から見て許容の範囲内にある数が所定の数に達したところで、その時の切込み量を適正なものとして維持する。従って、迅速に適正な切込み量が得られるので、その間に無駄になる被加工物の数が少なくなってコストが低減し、加工の効率も高くなる。
【０００８】
本発明の切込み量の初期調整方法を数値的に表現すると、加工すべき穴の目標寸法をＡ、目標寸法Ａに到達するために必要となる削れ量をＧ、先行の被加工物において加工後に計測された穴の内径をＢ、値Ａと値Ｂの差をＤ、蓄積された加工データから算出される加工工具の単位荷重当たりの撓み量、即ち撓み率をａ、同じく加工工具の切れ味を示す単位時間当たりの削れ量に応じて決まる補正値をｂ、自動制御によって切込み量が決定される場合に手動によって加える切込み量の補正値（正又は負）をｃとした時に、２個目以降の被加工物に対する加工における加工工具の切込み量Ｈを次の数式によって算出して、加工工具を位置決めすることである。
Ｈ＝ａ×（Ｇ−ｃ）＋（ｂ＋Ｄ）
【０００９】
本発明の切込み量の初期調整方法は、具体的に、加工工具がそれ自体の中心軸線の回りに回転する砥石車であると共に、被加工物もまたそれ自体の中心軸線の回りに回転するように支持されている研削盤において、最も好適に実施することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。この実施例は、本発明を、砥石車によって小径の穴の内面を研削加工する研削盤に適用した場合であるから、それ自体が回転する砥石車によって、それとは別に回転する被加工物の穴の内面を研削加工する研削盤において、砥石車の切込み量の初期調整を行う方法について詳細に説明するものである。しかしながら、本発明は単に研削盤のみに適用されるものではなく、研削盤以外の加工装置（工作機械）、例えば、旋盤、ボール盤等にも同じ考え方を適用することができることは言うまでもない。研削盤以外の加工装置においては、砥石車に代わる加工工具としてバイトやドリル等の撓みが問題になる。
【００１１】
研削盤においては、研削加工に使用する砥石車を新品と交換するとか、砥石車にドレッシング（目立て）或いはツルーイング（整形）のような修正を加えることによって砥石車を「更新」した時に、砥石車の直径が小さい場合には研削抵抗が変化することによって砥石車の撓み量が変化するので、従来の方法によって切込み量の初期設定を行うと製品の加工精度と加工効率が低下する。本発明によれば、このような砥石車の更新を行った場合に、具体的に次のような手順によって切込み量の初期調整を行う。
【００１２】
図１に、本発明の切込み量の初期調整方法を実施する対象としての研削盤１の構成を概念的に例示する。研削盤１にはロボット２が設けられている。ロボット２はリンク機構としての腕３及び４を備えている。また、研削盤１には帯状のコンベア５が付設されている。コンベア５は多数のパレット６を備えていて、それぞれのパレット６に１個ずつの被加工物を載せることができる。コンベア５は矢印Ｆの方向に移動するので、パレット６はロボット２の腕４の可動範囲を順次に通過する。なお、研削盤１の機械的な構造は従来から使用されている研削盤と同じであってもよい。本発明の特徴は研削盤１の作動を制御して、加工工具である砥石車の更新後における位置を調整する方法にある。
【００１３】
図示実施例の研削盤１は１個の被加工物に対して２回続けて研削加工をすることができる。しかしながら、本発明において必要な研削加工の回数は最低１回である。図示実施例においては、まず、ロボット２の腕４によって、その直下に来たパレット６から小径の穴を有する被加工物が１個ずつ取り上げられ、加工工程の始点である第１ステーション７へ投入される。被加工物は第１ステーション７から第２ステーション８へ、矢印Ｒの方向に間欠的に回転する回転テーブル９のような移送手段に載って移動し、各ステーションにおいて所定の短い時間だけ停止する。
【００１４】
第２ステーション８においては、被加工物に対して第１回目の計測が行なわれる。計測の手段が図２に拡大して示されている。素材である被加工物１０は全体が有底円筒形であって、その底部に小径の穴１１が形成されている。研削盤１はこの穴１１の円筒形内面を精密に仕上げ加工するために使用される。第２ステーション８に適用される図２のような計測工程においては、被加工物１０の穴１１を含む内面形状に応じて、それよりも僅かに小さい表面形状を有する基準ピン１２が用意されている。基準ピン１２は、被加工物１０が第２ステーション８の位置へ来て停止した時に、図示しないエアシリンダのような手段の作動によって被加工物１０の中へ挿入される。
【００１５】
被加工物１０はそれぞれ、回転テーブル９の上面の所定の位置に、図示しないクランプ手段によって固定的に支持されている。回転テーブル９の周縁部のうちで被加工物１０を支持する部分には開口１３が形成されている。回転テーブル９が回転して、開口１３が第２ステーション８の位置へ来て一時的に停止すると、開口１３が図示しない固定の空気通路に接続する。それによって、図示しない圧縮機により所定の圧力まで加圧された圧縮空気が開口１３内へ矢印Ｐのように供給される。
【００１６】
圧縮空気は被加工物１０の穴１１の内面と、それに対向している基準ピン１２の表面との間の隙間を流れる間に、隙間の大きさや表面の粗さに応じた絞り作用を受けて圧力損失を生じる。従って、通常の空気マイクロメータと同様に、隙間の前後の圧力差を測定することによって隙間の大きさ等を検知することができるので、その値から穴１１の寸法を算出することができる。図示しない差圧センサ等によって検出された圧力差は、操作盤１４或いは１５に内蔵されている図示しない電子式制御装置のような制御手段へ入力されて演算処理される。
【００１７】
第２ステーション８において第１回目の寸法計測を受けた１個目の被加工物１０は、再び回転テーブル９の回転によって第３ステーション１６へ移動して、その位置に一時的に停止する。第３ステーション１６において、１個目の被加工物１０は図３に拡大して示すような手段によって第１回目の研削加工を受ける。砥石車１８は、最初は図３に示すような中立位置にあるが、第１回目の計測結果に従って、被加工物１０の穴１１の内面に接触する位置（図４参照）まで迅速に移動する。この移動をエアカットと言う。砥石車１８が穴１１と接触する位置へ移動した時から実質的な研削加工が始まる。
【００１８】
図３及び図４においても研削加工の機構を詳細には示していないが、被加工物１０は、停止している回転テーブル９上で、縦の軸線１７の回りに矢印Ｄのように回転駆動される。被加工物１０の穴１１の中へ挿入された半径ｒの砥石車１８は、矢印Ｃによって示す切込み方向にエアカット量Ｅだけ移動した後に、穴１１の内面に向かって押し付けられる。更に、砥石車１８自体も矢印Ｓのように回転駆動される。図３及び図４において、被加工物１０の削れ量が参照符号Ｇによって示されている。実際の削れ量Ｇは一般的に少量であるが、図３及び図４においては誇張して大きく描かれている。
【００１９】
本発明の目的の一つは、例えば研削盤１において、砥石車１８が新品と交換された時、砥石車１８の切れ味を回復させるためにドレッシングが行なわれた時、或いは砥石車１８の形状を修正するためにツルーイングが行われた時などの、所謂「砥石車の更新」が行われた時に、過渡的な現象として、穴１１の内径が目標の寸法Ａに合致しないために廃棄されなければならない被加工物１０の数をできるだけ減らしてコストを低減することにある。また、他の目的としては、前述のように更新された砥石車１８に対して、その撓みを考慮した最適の切込み量Ｈをできるだけ早く与えることによって、生産能率を高めることにある。
【００２０】
本発明の切込み量の初期調整方法は、砥石車のような加工工具が更新された場合に、その直後の加工における切込み量をどのように設定するか、即ち、砥石車１８の図示しない支持部を切込み方向Ｃにおいて、どの位置まで移動させて位置決めするかという問題に関するものである。本発明においては切込み量を一般的にＨとして表示すると共に、目標寸法、即ち、研削加工によって到達すべき穴１１の内径（半径）の目標値をＡ、目標値Ａに到達するために必要な削れ量をＧ、先に加工された被加工物１０において加工後に計測された穴１１の内径をＢ、値Ａと値Ｂとの差をＤ、過去の加工データから経験的に算出された加工工具の撓み率をａ、同じく単位時間当たりの削れ量によって判る加工工具の切れ味に応じた切込み量の補正値をｂ、同じく自動制御の場合に、手動によって加える切込み量の補正値をｃとした時に、目標寸法Ａを実現するために砥石車１８とその軸１９の撓みを考慮して、
Ｈ＝ａ×（Ｇ−ｃ）＋（ｂ＋Ｄ）
という数式によって算出される切込み量Ｈを与えることになる。
【００２１】
なお、図３から明らかなように、前述の数値Ａ，ｒ，Ｅ，及びＧの間には次のような関係がある。
Ａ＝ｒ＋Ｅ＋Ｇ
【００２２】
この場合、最初の１個の被加工物１０については、新たな加工工具による加工の前例がないために計測値Ｂがない状態にあるから、第１回目の加工の場合に限って、計測値Ｂの代わりに仮に目標寸法Ａを使用する。従って、第１回目の加工においては、
Ｄ＝Ａ−Ｂ＝Ａ−Ａ＝０
となり、前述の計算式は、
Ｈ＝ａ×（Ｇ−ｃ）＋ｂ
となる。
【００２３】
研削盤１上の第３ステーション１６において最初の１個の被加工物１０を研削加工する時は、操作盤１４或いは１５に内蔵された制御回路において、このようにして算出された切込み量Ｈに応じて砥石車１８の支持部を位置決めして加工を実行する。砥石車１８及びその軸１９の撓みを考慮しているので、通常は図３に示すようにＨ＞Ｇとなる。このようにして、回転する砥石車１８がやはり回転している被加工物１０の穴１１の内面を研削する。
【００２４】
その結果、得られた１個目の被加工物１０の穴１１の内径Ｂは、回転テーブル９を回転させて被加工物１０を第４ステーション２０へ移動させた後に、第４ステーション２０において実行される第２の計測工程によって計測される。第２の計測工程は、図２に示した前述の第１の計測工程と同様に、基準ピン１２と圧縮空気を使用する空気マイクロメータと同様な方法によってもよいし、それ以外の方法を使用してもよい。
【００２５】
少なくとも第４ステーション２０における第２回目の計測を終了すると、計測値Ｂが得られるので、Ａ−Ｂの差の値としてＤが算出される。差の値Ｄが大きいほど、砥石車１８と軸１９の撓みが大きく、加工の際に砥石車１８が大きく逃げたことを示している。このようにして本発明にとって必要な全てのデータが揃うと、前述の計算式
Ｈ＝ａ×（Ｇ−ｃ）＋（ｂ＋Ｄ）
に差の値Ｄを代入することにより、本発明特有の切込み量Ｈの値が算出される。
【００２６】
この値を遡って第３ステーション１６における研削加工の切込み量Ｈとすることにより、砥石車１８とその軸１９が撓んだために加工できなかった分だけ切込み量Ｈを増加させて、後続の被加工物１０に対してより適切な切込み量を与えることができる。従って、砥石車１８と軸１９に研削抵抗による撓みの問題があっても、第４ステーション２０において計測される２個目の被加工物１０の加工後における穴１１の内径は目標寸法Ａに近づいて行く。また、第４ステーション２０における２個目の被加工物１０についての計測値Ｂによる差の値Ｄが前述の計算式に代入されて、３個目以降の被加工物１０の研削加工における切込み量Ｈが更に修正されることは言うまでもない。削り過ぎた場合には切込み量Ｈが減少される。このようにして、加工後に計測される穴１１の内径は目標寸法Ａに限りなく近づいて行くことになる。
【００２７】
なお、図１に示す実施例では第５ステーション２１を設けているので、最初の被加工物１０のように目標寸法Ａに達しなかった被加工物１０は第５ステーション２１へ進んで、前述の場合と同様な計算式によって算出された切込み量Ｈを与える第２回目の研削加工によって、穴１１の内径をこの段階のために設定された別の目標寸法Ａに近づける。このように多段階の研削加工を行う場合には、それに応じた精度の向上を期待することができる。その後に被加工物１０は第３回目の計測工程を通過して、加工後の寸法を計測されることになるが、図１においてはこの工程を省略している。
【００２８】
本発明の切込み量の初期調整方法は、少なくとも１回の加工工程と、その前後の計測工程があれば実施することができる。その特徴は、目標寸法Ａと加工後の計測値Ｂとの差Ｄが加工工具の撓みによるものとみなされて、切込み量Ｈの補正値として加算される点にある。言うまでもなく、差の値Ｄが負の値となる場合もあり得る。それによって、少数の被加工物１０の加工の間に目標寸法Ａを実現する最適の切込み量Ｈへ到達することができるので、無駄になる被加工物１０の数を減少させることができる。
【００２９】
図示実施例においては、研削加工の終わった被加工物１０が回転テーブル９の回転によって第６ステーション２２へ移動することにより、ロボット２の腕４が被加工物１０を回転テーブル９上から取り出して、パレット６へ移す作業をするが、第５ステーション２１における第２回目の研削加工に続いて、第３回、第４回というように、必要に応じて任意の数の後続の計測工程と研削加工工程を設けることができることは言うまでもない。後続の計測工程と研削加工工程は、例えば、回転テーブル９を大きくして第３回、第４回の計測工程と研削加工工程を続けて設けてもよいが、第６ステーション２２において被加工物１０を排出しないで、回転テーブル９の回転によって被加工物１０を第１ステーション７を経て、再び第２ステーション８及び第３ステーション１６へ移動させることにより、以後の計測工程と研削加工工程を繰り返して行うようにしてもよい。
【００３０】
このように、少なくとも１回の研削加工工程と、その前後の２回の計測工程とを実行することにより、加工後の計測工程における被加工物１０の穴１１の計測値Ｂが、目標寸法Ａからみて所定の許容範囲内にあるということが、連続して所定の個数の被加工物において確認された時に、切込み量Ｈの初期調整を終了し、その時の切込み量Ｈをそのステーションにおける一定値として維持して、後続の被加工物１０の加工を続行することになる。言うまでもなく、ステーションごとに目標寸法Ａや切込み量Ｈが異なるので、全ての加工工程において切込み量Ｈを同じ値とする訳ではない。
【００３１】
図５は、前述のような本発明による切込み量の初期調整方法を図式化したものである。まず、研削盤１の操作盤１４又は１５に内蔵された制御装置において、蓄積されている過去の複数個（ｎ個）の加工データから数値ａ，ｂ，ｃが読み出されるか或いは算出される。研削盤１において被加工物１０に対して第１の計測工程を実行して計測値を得ることにより、エアカット量Ｅを決定して迅速に砥石車１８を移動させて、穴１１の内面に接触させる。そして、計測値が到達すべき目標としての寸法Ａを設定し、それに到達するために必要な削れ量Ｇを算出してから研削を開始する。次に、研削加工を実行した後の第２の計測工程において計測値Ｂを得る。それによってＡとＢの差の値Ｄが算出される。この差の値Ｄは砥石車１８と軸１９の撓みの大きさを示している。これらの値から、計算式
Ｈ＝ａ×（Ｇ−ｃ）＋（ｂ＋Ｄ）
によって切込み量Ｈが算出されて、加工工程へフィードバックされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切込み量の初期調整方法が適用される対象としての研削盤を例示するシステム構成図である。
【図２】計測工程を説明するための断面図である。
【図３】寸法関係を説明するための断面図である。
【図４】加工工程を説明するための断面図である。
【図５】本発明の切込み量の初期調整方法を図式化したブロック図である。
【符号の説明】
１…研削盤
２…ロボット
５…コンベア
９…回転テーブル
１０…被加工物
１１…穴
１２…基準ピン
１４，１５…操作盤
１８…砥石車
１９…軸
【図１】
2005007551.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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